Hvorfor er strekkfastheten til glassfiberarmering mye høyere enn for stålarmering, men den elastiske modulen er lavere? Hva er dens mekaniske mekanisme?

Strekkfastheten til glassfiberarmering er mye høyere enn for stålarmering, men dens elastiske modul er lavere, noe som skyldes de essensielle forskjellene i materialsammensetning, mikrostruktur og mekanisk mekanisme. Nedenfor er en detaljert analyse fra perspektivet til vitenskapelige prinsipper:

1 、 Kjernemekanismen for forskjellen i strekkfasthet

Fiberglassarmering: Kovalente bindinger og fiberforsterkningsmekanisme

Materialbasis: Glassfiberarmering er laget av glassfiber som forsterkende fase (utgjør 60% -70% av volum), og kjernekomponenten er en silisiumdioksyd (SIO ₂) nettverksstruktur, som danner et høy styrke gitter gjennom kovalente bindinger.

Styrkekilde:

Frakturenergien til glassfiber: bruddenergien til glassfiber er så høy som 7,0-9,5 kJ/m ², langt over overbruddsenergien til metallbindinger i stålstenger (ca. 2,5-4,0 kJ/m ²).

Optimalisering av fiberarrangement: Fibre er anordnet på en ordnet måte langs aksial retning, og belastningen overføres effektivt til fibrene gjennom harpiksmatrisen, og oppnår konsentrert spenningsbære langs fiberretningen.

Datasammenligning: Strekkfastheten til glassfiberarmering kan nå 500-900 MPa, mens den for vanlig stålarmering (HRB400) er 400-600 MPa, og høy styrke stålarmering (HRB600) er bare 600-750 MPa.

Forsterkning: Metallbinding og styrkemekanisme for dislokasjon

Material Foundation: Stålstenger er laget av jernkarbonlegering, som dannes til en ferritt -perlittstruktur gjennom varme rullende eller kalde tegningsprosesser. Den ikke-retningsbestemte karakteren av metallbindinger gir dem ensartet tredimensjonal bærende kapasitet.

Styrkekilde:

Forskyvning Bevegelsesmotstand: Styrking av karbonatom Solid løsning og perlitt Lamellær struktur hindrer dislokasjonsslipp, men bruddenergien til metallbindinger begrenser deres teoretiske styrke øvre grense.

Bidrag til plastisk deformasjon: Forlengelsen ved brudd på stålstenger kan nå 15% -25%. I løpet av plastisk deformasjonsstadium blir energi absorbert gjennom forplantning av dislokasjon, men noe teoretisk styrke ofres.

2 、 Kjernemekanismen for forskjellen i elastisk modul

Fiberfiberarmering: Resinmatrise og grensesnittffekt

Matriksmodulbegrensning: Den elastiske modulen til harpiksmatrise (for eksempel epoksyharpiks) er bare 3-5 GPa, mye lavere enn 200 GPa av stålarmering.

Svakhet ved grensesnittbinding: Grensesnittbindingsstyrken mellom glassfiber og harpiks (vanligvis <10 MPa) er mye lavere enn bindingsstyrken mellom ferritt og perlitt i stålstenger, og det er utsatt for grensesnittbonding eller matrikssprekker under stress.

Sprittleegenskaper: Stress-belastningskurven for glassfiberarmering viser lineær brudd, mangler en avkastningsplattform for stålstenger, noe som resulterer i en tilsynelatende elastisk modul (40-60 GPa) som bare er 1/3-2/5 av stålstenger.

Forsterkning: metallbinding og krystallglidmekanisme

Høy stivhets essens: Metallbindinger som ikke er retningsbestemt, gjør det mulig å distribueres krystallglidesystemet jevnt fordelt i tredimensjonalt rom, noe som resulterer i høy motstand mot dislokasjonsbevegelse og begavende stålstenger med høy elastisk modul (200 GPA).

Plastisk deformasjonsregulering: Plastisk deformasjonsstadium av stålstenger frigjør lokal stresskonsentrasjon gjennom forskyvning om dislokasjon, og opprettholder stabiliteten til elastisk modul.

3 、 Ingeniørens betydning av ytelsesforskjeller

Karakteristiske glassfiberarmerte stålstenger

Strekkfasthet 500-900 MPa (betydelig fordel) 400-750 MPa

Elastic Modulus 40-60 GPa (1/3-2/5 stålstenger) 200 GPA

Feilmodus sprø brudd (ingen advarsel) halshalsing duktil svikt (advarsel)

Gjeldende scenarier: Høye krav til korrosjonsmotstand, lettvekt, utmattelsesmotstand, plastisk deformasjon og seismisk motstand

4 、 Konklusjon

Den høye strekkfastheten til glassfiberarmering skyldes den kovalente bindingsstrukturen og optimalisert fiberarrangement av glassfibre, mens den lave elastiske modulen er begrenset av modulen til harpiksmatrisen, utilstrekkelig fibermatrise -grensesnittbindingsstyrke og materialbrittleness. Denne kombinasjonen av egenskaper gir den unike fordeler i korrosjonsbestandighet, lettvekt og utmattelsestemotstandsscenarier, men den er fortsatt avhengig av stålarmering i strukturer som krever høy stivhet eller plastisk deformasjon. I fremtiden, gjennom nano modifisert harpiks eller fiberoverflatebehandlingsteknologi, forventes det å forbedre den elastiske modulen til glassfiberarmering og utvide applikasjonsområdet.